【专题访谈】师道寓学,师范在成——访清华大学电子工程系周祖成教授(一)

2021-01-19 13:24:37

师道寓学,师范在成

——访清华大学电子工程系周祖成教授

周祖成教授曾任清华大学教授、博导,微波与数字通信国家重点实验室EDA室主任,深圳清华大学硏究院EDA实验室常务主任,深圳市软件协会集成电路专业委员会会长,中国通信协会通信专用集成电路专业委员会主任,《中国集成电路大全》丛书编委会成员,中国研究生EDA竞赛发起人兼秘书长。

师心如灯,每一步都有光照

夏日炎炎,而北京清河边的一处小区里却是一片清凉世界。在此,我们与清华大学电子工程系周祖成教授与他的夫人董力老师在轻松氛围中展开访谈。提及风云往事与一生的波澜,周祖成不无感慨。他认为,在自己人生的每一个关键节点都有老师的指引或提携,正是这些老师,恰如生命中的明灯,照亮了自己艰难跋涉的前行之路。

湖北沙市自古隶属荆州,在解放前后为省辖市,长江东向而南折,在此形成弯曲,天地辽阔,河流纵横。周祖成自幼生长于此,1952年民生镇小学毕业,顺利考入沙市中学。进入初中后,他担任了少先队旗手,经常带着同学们穿过学校沟渠,来到外面一片大水塘去摘莲蓬。虽然淘气贪玩,他的成绩一直不错。初中毕业时,家庭逐渐困难。因为哥哥已去北京念书,作为在家最年长的男孩,为了减轻家里负担他决定放弃高中,去读中专。沙市中学的数学老师得知后追到家里来,劝他母亲,阻止了他填报中专。高中时代,一下课周祖成就来到长江边上,拉排子车替人运粮,贴补家用。

高考前,班主任老师却鼓励他填报清华大学无线电电子学系(简称“无线电系”),这点燃了他少年的梦想,他也更加自信,与同学相比,唯一可比的就是学习成绩,这让他引以为傲。起初,录取通知书迟迟未达,仿佛石沉大海,他心急如焚。那天,当他拉着车路过学校,终于看到清华大学的录取通知书,心情无比激动!1958年夏秋之交,他第一次离开家乡。首先乘船抵达武汉,再转乘火车,踏上了前往北京的颠簸之旅。

在清华期间,周祖成担任学生会生活干事,主管学生生活。由于事务繁杂,有时还会缺课。但四年的学生会的锻炼,除了培养了他的组织能力,也养成了热心公益,愿意为同学服务的习惯。

1958年入学、2019年校庆

 

无线电系副系主任陆大䋮让丁晓青去了解情况,并调阅了周祖成的成绩单,一份优异的答卷夺人眼目:本科六年只在大一时成绩有个四分,以后的功课都是五分!陆大䋮老师决定推荐他毕业后留校。

毕业设计那年(1963—1964),他的毕业设计项目——制作“十兆晶体管计数器”,当时拿合金结晶体管(从苏联进口的n402),做10Mc的计数分频是有难度的。清华大学“自强不息”的校训鼓励他攻坚克难,通过阅读大量英文文献,他让晶体管处于反饱和和非截止的电流开关状态,用合金结晶体管实现十兆赫分频计数,使我们数字频率计的水平,超过了日本(一兆计数器),中国首个晶体管高速计数器就此诞生!此设备还参加了1965年的高教展览会。

文革期间学校的科研和教学工作都停止了。系里派他独自值守东主楼东边隐没于荒草中的雷达站。已经“靠边站”的茅于海老师有时会赶到雷达站查看,言语中流露出惋惜:“这台雷达(Con9)已有两年不曾维修了,这可怎么行!”周祖成本科是雷达专业,但这种雷达整机的年检维修,没有做过。于是,茅老师手把手教他进行调试,功夫不负有心人,周祖成很快熟悉了雷达系统。

文革折腾中,1971年底无线电系搬迁四川绵阳,他于1972年3月抵达清华大学四川绵阳分校,为了将荒废的时间补回来,他一心扑在业务上。除了完成(上无21厂)示波器垂直放大器从30兆升级到100兆的科研项目,给工农兵大学生新开《数字电路与逻辑设计》课程之外。他还负责雷达终端组的科研工作。1974年,周祖成获批参加了叶帅主持的恢复”国家防空自动化工程”。茅老师(因为文革不让参加)鼓励他,如遇不懂之处,晚上可随时去家中找他,他在新业务领域虚心求教,受教良多。他还参加了国家京广路以东雷达航空管制体系建设。茅老师建议他强化英文阅读能力,阅读麻省理工48本《雷达丛书》的相关文献,学习国外经验技术。1975年,他利用130计算机的中小规模集成电路和磁芯存储器,设计雷达头的信号检测和数据处理设备。这也成为中国最先应用计算机解决雷达设备研制的范例。

1979年,他是最后一批从绵阳分校迁回北京的,作为文革前念完大学的中年教师,他认识到自己“人到中年,承上启下”的使命,加上文革后期(1972-1979)在绵阳,集中精力在做业务,科硏工作的集累和使命的担当,1980年他带领项目组,在东主楼11区前,完成“513雷达加装CCD-MTI”的任务,系主任吴佑寿教授,还亲临雷达上,鼓励项目组实现了绵阳返京后无线电系第一个项目鉴定,并获得了当年国防部科技进步二等奖。紧接着,他又成功地用单板机和超大集成电路设计雷达自动录取设备。1981年,雷达自功录取设备,通过电子工业部雷达局主持的鉴定,获得电子工业部的科学进步二等奖。此外,还指导大二学生进实验室,制作“不同方向和高度的多批次、多层次的雷达目标模拟器”,在平面雷达上进行检测,实施数据处理,获得了全国大学生“挑战杯”特等奖。成绩的取得离不开许多老师的亲口传授。

周祖成所得奖项

当时,周祖成还是讲师,他尚无资格给研究生开课,但与自己的老师王华俭既有师生之情,又曾在同一教研室。1982年王老师与他合开了一门《取样模拟信号处理》的研究生课,分别主讲“表面声波器件”和“CCD器件”,这对周祖成不啻为一个机会。陆老师、茅老师、王老师等大力提携中青年一代,为其创造机会,乐见其成。他们让周祖成带自己的研究生。1985年,周祖成带领研究生、本科生赴南海岛,用PC机设计雷达数据的综合显示器,实现南海地区雷达情报的数字化联网。后来又在成都双流机场,教师和研究生一起,完成民用航空管制雷达797加装雷达自动处理设备的联试(该项目获得了电子工业部科技进步一等奖)。

师道寓学,跨界从学习中来

1986年,茅老师敏锐指出:“过去集成电路产品说明书是几年一本(内容不变),现在是一年几本(内容不同),甚至快到每周都寄来新产品的小册子(如TI的DSP产品说明书)”,他让周祖成多翻阅资料。在认真阅读DSP、乘法器、图象处理器大量芯片的产品说明书之后,周祖成提出了建立“VHSIC”实验室的项目建议,并进入国家863计划,开始跨界进入集成电路设计领域。

在此过程中,他对集成电路的“集成”优势深有洞见:电子产业上游核心中的核心是集成电路设计(电子设计),即通过集成“把协议、标准和算法映射到架构设计中”,管控知识产权,居于领先位置,并带动电子产业与国际接轨。他一针见血地指出:“中国的电子信息产业要从制造型国家变为创造型国家,关键就在电子设计的水平。”而设计前端的EDA(Design Compiler)工具,是电子设计工程师跨越半导体“门槛”、实现从PCB至芯片设计的质变和跃迁。这是一场跨界。茅老师和冯重熙老师是引领和鼓励他跨界的领路人。尽管觉悟在上世纪八十年代中,但到了九十年代就越来越清晰!

在"907"工程,"908"工程无效投资的同时,以电子系为基础建立的“微波与数字通信国家重点实验室”,1990年设计出第一块PDH的通信专用集成电路,接着在上世纪九十年代还设计了SDH的成套通信专用集成电路芯片,到1999年又开始提出“中国数字电视标准”及其专用芯片的硏发,这无疑都正确地反映了我国集成电路发展之路!

获赠的EDA工具支持人才培养和通信专用集成电路芯片设计

 

1995年,清华大学和美国新思科技(Synopsys)公司合作成立了“清华大学——新思科技高层次电子设计中心”实验室,当时得到了美国Synopsys公司20套Design Compiler(25万美元/套)捐赠和美国SUN公司30台工作站和两套服务器的捐赠。设计中心成为全国最佳“高层次设计EDA 实验室。

各公司向“HLD设计中心”捐赠

 

为什么能迅速跨界、实现从雷达专业背景向EDA的转型?周祖成认为重要的是学习。清华校训“自强不息,厚德载物”激励师生昂扬进取,心系家国,肩负社会使命,走在时代前列。“道之所存,师之所存”,师道寓于学习,身为年近半百的清华教师,他十分勤学。向谁学? 向世界领先者学习。当时,他既要过计算机“关”,又要过英语“关”,是“恶补”的过程。为了给学生开课,他将美国该领域的杰出专家道格拉斯·派瑞那本专著《硬件描述语言(VHDL)》翻译成中文,深入自学后,编成讲义供研究生使用。1994年他赴美接受EDA培训时,道格拉斯·派瑞正式授权他委托国内出版社出版国内第一本教材《电子设计的硬件描述语言》。

原版教材和翻译版教材

对于俄语出身的他来说,尤需发奋勤学英语。他“去听各EDA公司的产品介绍,去听HIP、各元器件及计算机设备公司的新品发布会,听不懂也听,几次下来,渐渐听懂得多了,有时还能结合自己科研的体会结结巴巴提问题”。他生动地讲述了组织实验室老师钻研学习的一幕:“在《国际电子报》上,每周一个整版,持续半年,介绍电子设计自动化和相关的EDA工具、设计语言(VHDL和VerilogHDL)、通信和计算机的各种国际标准和设计规范。”

1988 年,他首次到境外做EDA 培训,Xilinx公司的杨飞给他演示了 Xilinx3000 系列的 FPGA 的开发系统,正是这台开发板令他眼前一亮:“……帮我们把发射场测初速的机柜,变成了在现场一台PC机内的一个插板,板上主要就是一片 Xilinx3000 系列的 FPGA 的片子。后来撰写文章《现场可编程门阵列(FPGA)及其在外差测量中的应用 》发表在 1995 年第 5 期的《计量技术》上。”

他谈到:“第二次在新加坡科技园的培训时,有机会看到讲课老师的一些专业原版书籍‘Gate Arry’、‘CMOS_3’等。临别获赠,这些书的学习,丰富了我的集成电路知识,后来申请开设新课《SoC 和集成电路设计方法学》。”正是西学为用、洋为中用这种向国际领先者学习的开放精神,使周祖成获得了权威教材、先进设备、前沿书籍,这些成为拓展EDA的“钥匙”。

周祖成还向青年才俊、学生晚辈学习。他认为,教与学无泾渭之别,恰如《礼记·学记》所言:“学然后知不足,教然后知困。知不足,然后能自反也。知困,然后能自强也。”既然教有“知困”,学有“知不足”,教与学都有“自强”与“自反”的要求,因而不存在“学不如师”。当代青年才俊、学生晚辈思路开阔、所学广泛,在接触新鲜事物方面远超老师,在平均外语水平与技术实操能力方面也更为突出,故应“不耻下问”,教学相长。在EAD实验室,周祖成功成不居、虚怀若谷,向学生学习、求教。他还每周组织研究生召开一次学术交流会,由研究生主讲,自己布置题目、旁听。他指出,学生大学毕业,专业素质初成,又无家庭拖累,成为硕士博士,奉献一生最好的年华与老师共同研究课题,这是清华老师的巨大优势,,也是每个老师把他们培养成旷世英才的责任!

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    周祖成本科是雷达专业。他又成功地用单板机和超大集成电路设计雷达自动录取设备。他们让周祖成带自己的研究生。周祖成认为重要的是学习。
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